Konvergence sítí sdělovacích prostředků a sítí mobilních

Evropa se věnuje výzkumu a vývoji nejen čistě v oblasti mobilních technologií, ale i konvergence různých technologií pro podporu mobility uživatelů s ničím neomezeným přístupem ke komunikačním, informačním i zábavním službám. O tom svědčí následující projekty, které v současnosti probíhají a využívají výsledků projektů dokončených v minulých dvou letech.

Evropský projekt DAIDALOS (Designing Advanced Interfaces for the Delivery and Administration of Location independent Optimised personal Services) se zabývá hladkou konvergencí mobilních a televizních/rozhlasových vysílacích sítí, tedy DVB-T či DVB-H s mobilními technologiemi jako UMTS a WLAN. Cílem je nabídnout personalizované a všudypřítomné koncové služby přes heterogenní sítě. Projekt pro své účely zvolil dva aplikační scénáře: mobilní univerzita a automobil. Vyvinula se síťová architektura pro uživatele pohybujícího se mezi pevným připojením doma nebo v práci a přesouvajícího se autem s přístupem k e-mailu i digitálnímu videu s využitím DVB-T v autě.

Projekt DAIDALOS patří mezi rozsáhlé výzkumné projekty  6. rámcového programu (FP6, Framework Programme 6) v rámci oblasti technologií pro informační společnost (IST, Information Society Technologies). Stanovil si ambiciózní cíl: vytvořit síťovou architekturu pro systémy další generace (B3G, Beyond 3G) založenou na mobilním IPv6. Proto se projektu účastní hned 47 partnerů nejen z řad výzkumných organizací a univerzit (včetně akademie pro telekomunikační výzkum při čínském ministerstvu informatiky), ale také provozovatelů a výrobců (mj. Siemens, NEC, Telefonica, Telecom Italia, France Telecom, Polska Telefonia Cyfrowa). Projekt byl zahájen v roce 2003, poběží do dubna letošního roku (na něj naváže druhá fáze projektu) a z evropských zdrojů si vyžádá 14,7 milionů eur.

B-BONE: multicast v UMTS

Právě dokončený dvouletý projekt spolufinancovaný z prostředků EU (ve výši 2,1 miliónů eur) pro výzkum a vývoj v informačních a komunikačních technologiích, B-BONE (Broadcasting and Multicasting over Enhanced UMTS Mobile Broadband Networks), se zase věnoval efektivnímu využití MBMS v mobilních sítích a zabránění možnému přetížení sítě video provozem. Projekt pracoval s technologií UMTS (TDD, Time Division Duplex, a FDD, Frequency Division Duplex) podle specifikací 3GPP Release 06.

Záměrem projektu bylo vytvořit algoritmy pro optimalizaci využití rádiového spektra i síťových prostředků (resource management) pro skupinové vysílání v sítích UMTS založených cele na protokolu IP (all-IP), nejen v páteřní síti, ale i v přístupových sítích (RAN, Radio Access Network). Vylepšení kapacity sítí je pro služby TV vysílání rovněž účelné, proto se pozornost věnovala také možnostem využití technologie s více nosnými (MC DS-WCDMA, Multi-Carrier Direct Spectrum Wideband Code Division Multiple Access), více anténami (MIMO, Multiple Input Multiple Output) a technikami adaptivního vysílání.

V případě mobilního vysílání je samozřejmě třeba brát také v úvahu dopady předávání uživatele mezi základnovými stanicemi, tedy mobilitu uživatele. Projekt proto definuje metriky a scénáře pro vyhodnocování, zejména návrhy buněk, provozní modely, modely propagace signálu a jejich implementace do simulátoru systému. Nezbytnou podmínkou je podpora QoS (Quality of Service).

Vysílání datových toků více uživatelům v rámci buňky vyžaduje, aby jejich dílčí požadavky, byť heterogenní, byly zkombinovány do jednoho agregovaného požadavku na rádiové a síťové prostředky. Náklady na alokaci prostředků těchto agregovaných požadavků by se měly spravedlivě rozdělit mezi jednotlivé uživatele. To představuje nový problém, který je dál komplikován tím, že kvůli mobilitě a uživatelským preferencím má každá buňka dynamicky se měnící skupinu přijímačů pro každý tok. Proto se agregace a rozdělování nákladů musí rovněž dynamicky měnit.

Kvůli rozdílnostem mezi koncovými zařízeními a souvisejícími rozdílnými agregovanými požadavky různých buněk je potřeba zajistit efektivní přidělení prostředků nejen v přístupové síti, ale už v páteřní síti. Proto je třeba mediální toky upravit na určitých strategických místech na cestě mezi poskytovatelem obsahu a koncovým uživatelem.

Pro optimalizaci to znamená řešit problémy přenosu po společných cestách pro broadcast/multicast (např. směrování), dynamické adaptace doručení obsahu v souvislosti s dynamikou koncového uživatele a výběr vhodných adaptačních míst v síti pro efektivní využití síťových i rádiových prostředků. Na všechny algoritmy je současně kladen požadavek, aby byly velmi rychlé, protože dynamičnost ve skupinách vede k jejich častému přepočítávání.

Projekt B-BONE se zejména zasadil za přípravu simulačních prostředků pro zjištění, jak se síť bude chovat v případě multicast vysílání. Projekt rovněž ověřil, že posílání signálu přes několik různých základnových stanic nejen zvýší kvalitu signálu, což je zejména pro video velice důležité a současně sníží riziko zahlcení sítě.

Výsledky projektu budou prezentovány v červnu na 15. IST Mobile & Wireless Communications Summit v Mykénách (8. 6. 2006) a současně budou předloženy 3GPP (3rd Generation Partnership Project), jako základ dalších specifikací pro 3G.

Projektu se vedle středomořských univerzit zúčastnili výrobci jako Alcatel SEL a Motorola. Výzkum a vývoj v této oblasti ale nekončí. Navazující projekt C-MOBILE zajistí další zkoumání nasazení multicast vysílání do mobilních sítí.

Další evropské vývojové projekty

Cílem EMBRACE (Efficient Millimetrewave Broadband Radio Access for Convergence and Evolution) bylo vyvinout levný rádiový přístupový systém pro masový trh, za efektivního využití kmitočtového pásma a optimalizace přenosových kapacit pro nejrůznější uživatele. Prototyp používá kompresní mechanismus MPEG-2. Projekt zkoumal využití režimu TDD (Time Division Duplex) jako alternativy k FDD (Frequency Division Duplex) a vyvinul příslušný hardwarový prototyp. Rovněž se zabýval různými topologiemi (hvězda, mesh) s ohledem na možný růst kapacity. Protože se nejedná o čistě mobilní technologii, jsou výsledky použitelné pro přístup tzv. nomadický. EMBRACE využil výsledků projektu ACTS Project AC215 CRABS. Protože projekt zahájil v roce 2000, věnoval se tehdy ještě zdánlivě perspektivnímu pásmu 40,5-42,5 GHz (43,5 GHz), které je dnes ovšem prakticky pasé.

Projekt CISMUNDUS (Convergence of IP-based Services for Mobile Users and Networks in DVB-T and UMTS System) řešil spolupráci mezi dvěma doplňkovými přístupovými rádiovými sítěmi: mobilní síť typu point-to-point (jako UMTS, nebo GSM/GPRS/HSCSD) a distribuční síť typu point-to-multipoint (jako DVB-T nebo DAB). Cílem bylo zajistit interaktivní připojení k různým multimediálním službám pro mobilní uživatele, s hladkým přechodem mezi sítěmi podle potřeby. Obsah se posílá buď po síti DVB-T nebo UMTS/GPRS. Uvnitř hot spot, který může být pevný nebo mobilní může místní brána přesunout provoz do místní WLAN, nebo pouze opakovat prostřednictvím vnitřního systému pro DVB-T (gap-filler) anebo UMTS/GPRS (indoor replicator). Koncové zařízení, uvažované v projektu, může být buď integrovaný terminál pro DVB-T i UMTS/GPRS, nebo mohou být terminály samostatné a vzájemně bezdrátově propojené (např. prostřednictvím Bluetooth). Projektu, který si vyžádal 3,7 miliónů eur z EU a skončil téměř před dvěma lety, se zúčastnili vedle výzkumných institucí zástupci výrobců (Motorola, Philips), provozovatelů (France Telecom) a televizních společností (RAI).

Projekt DRIVE (Dynamic Radio for IP-Services in Vehicular Environments) se zaměřoval na moderní IP služby využitelné při pohybu, nejčastěji za jízdy v automobilu. Přístup k informačním, vzdělávacím či zábavním službám je ovšem limitován vzácným rádiovým spektrem. Nedostatek kmitočtů může omezit dostupnost služeb s vysokou kvalitou zejména v mobilním prostředí. Cílem projektu je proto vyvinout mechanizmus efektivního opětovného využití spektra pro bezdrátové IP multimediální služby v heterogenním rádiovém prostředí, s konečným cílem dostupnosti informací a podpory vzdělání. Projekt proto zkoumal konvergenci mobilních a distribučních sítí, především vzájemnou spolupráci nejrůznějších rádiových systémů jako GSM, GPRS, UMTS, DAB, DVB-T pracujících ve společném kmitočtovém pásmu prostřednictvím dynamické alokace spektra. Projektu se zúčastnili výrobci jako Nokia, Ericsson, mobilní provozovatelé (Vodafone), televizní společnosti (BBC) i výrobci automobilů (Daimlerchrysler). 

zdroj: projekt Drive

Navazující projekt OverDRIVE (Spectrum Efficient Uni- and Multicast Services over Dynamic Multi-Radio Networks in Vehicular Environments), zakončený počátkem roku 2004, se zaměřil na vylepšení UMTS a koordinaci stávajících rádiových sítí do hybridní sítě pro poskytování mobilních multimediálních služeb. Využil architekturu založenou na IPv6, která podporuje vzájemnou spolupráci mobilních a distribučních sítí v jednom kmitočtovém pásmu s dynamickým přidělováním spektra (DSA, Dynamic Spectrum Allocation), nejen pro služby typu unicast, ale i multicast pro prostředí automobilu. Projekt vyvinul mobilní techniky pro skupinové vysílání (MMC, Mobile Multicast Techniques) a mechanizmy pro sdílení spektra s využitím DSA podle momentální zátěže sítě. Současně vyvinul automobilový směrovač poskytující přístup v různých rádiových režimech k vnitroautomobilové síti (IVAN, Intra-Vehicular Area Network) při pohybu. Projektu se opět zúčastnil Ericsson, nově Motorola, za provozovatele France Telecom a za televizní společnosti RAI (Radiotelevisione Italiana).

Oba projekty, DRIVE a OverDRIVE, si dohromady vyžádaly 8 milionů eur z evropských fondů. Více o výsledcích projektů a dynamickém přidělování spektra v dalším článku.

24. 2. 2006

Autor: Ing. Rita Pužmanová, CSc., MBA